FabrY-Perot标准具的多普勒测风激光雷达脉冲锁频方法研究

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随着激光器和光电子技术的迅速发展,非相干探测多普勒测风激光雷达作为可晴空探测风场精细结构的有效遥感手段,已在许多国家获得广泛应用。脉冲激光锁频技术是非相干多普勒测风激光雷达的主要关键技术之一,其频率锁频性能将直接影响测风精度及激光雷达的实用性,具有较好的理论研究意义及实用价值。  论文选用Nd:YAG脉冲激光器的三倍频波长354.7nm作为发射源,通过种子注入技术实现单频率脉冲输出并对其稳频,使用Fabry-Perot(F-P)标准具作为鉴频器,设计了一套基于F-P标准具单边缘检测的多普勒测风激光雷达系统,研究了针对低空气溶胶散射信号的单边缘探测理论,并对不同的锁频方法进行了探讨,结合实际实验条件提出了采用以种子注入技术进行粗调并利用控温的F-P标准具细调相结合的脉冲激光锁频方法,设计了脉冲实时锁频流程,实现大的频率移动范围及高精度的频率锁频。  论文针对锁频方案进行了种子激光器的稳频实验;仿真研究了发散角和温度对F-P标准具透射率的影响,获得了F-P标准具温控范围以及控制精度;利用Pt电阻和TEC元件设计了基于STC12C5A60S2的智能F-P标准具温控调频系统,完成了计算机测控与PID温控系统的硬件、软件设计及系统调试,实现了温控范围20℃~45℃内±0.05℃的初步温度控制精度;利用标准大气模型,针对锁频精度对灵敏度、信噪比及测风误差的影响,进行了理论仿真研究,获得了探测距离10km处的由于此锁频精度引起的测风误差为0.42m/s。
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